一、DSE算法背景介绍

1. DES的采用
1979年，美国银行协会批准使用
1980年，美国国家标准局（ANSI）赞同DES作为私人使用的标准,称之为DEA（ANSI X.392）
1983年，国际化标准组织ISO赞同DES作为国际标准，称之为DEA-1
该标准规定每五年审查一次，计划十年后采用新标准
最近的一次评估是在1994年1月，已决定1998年12月以后，DES将不再作为联邦加密标准。

2.DES算法特点

1) 分组加密算法：

以64位为分组。64位一组的明文从算法一端输入，64位密文从另一端输出。

2) 对称算法：

加密和解密用同一密钥。

3) 有效密钥长度为56位。

密钥通常表示为64位数，但每个第8位用作奇偶校验，可以忽略。输入的64bit秘钥只有56bit作为有效位

二、DES算法描述

1、DES算法加密流程的文字描述

DES对64位的明文分组进行操作。通过一个初始置换，将明文分组分成左半部分和右半部分，各32位长。然后进行16轮完全相同的运算，这些运算被称为函数f，在运算过程中数据与密钥结合。经过16轮后，左、右半部分合在一起，经过一个末置换（初始置换的逆置换），这样该算法就完成了。

二、DES算法加密流程的图形描述

图一

图二

三、具体参数解释

1、IP置换和IP逆置换

IP置换作用于进行16轮f函数作用之前，IP逆置换作用于16轮f函数作用之后。IP置换和IP逆置换表如下图所示：

图三

该表的含义解释：例如IP置换表中的第一行第一列的数值为58，就代表将明文的第58位替换到第一位，例如明文初始的第58位是1，第1位是0，第39位是0，根据上表替换后的64位待加密文本为：第一位是1，第58位是0。之后提到的置换表也是这个意思。

2、f函数

经过初始置换后，进行16轮完全相同的运算。这些运算被称为f，在运算过程中数据与密钥结合。f函数作用于每轮的key值和每轮的待加密文本的右半部分，即Ki,Ri

f函数作用于每轮的key值和每轮的待加密文本的右半部分，即Ki,Ri

图四

函数¦的输出经过一个异或运算，和左半部分结合，其结果成为新的右半部分，原来的右半部分成为新的左半部分。

图五

3、扩展置换，扩展置换将32位的R部分，扩展为48位

扩展表如图所示：

图六

4、S盒替换，S盒替换将扩展替换后与ki（第i轮KEY值）异或后的结果压缩为32位，每6位与一个S盒运算，运算后压缩为4位，共有八个S盒，分为S1，S2......S8。具体如下图所示

图七

S盒介绍，以第六个S盒，S6为例

图八

设入的六位为b1,b2,b3,b4,b5,b6，b1、b6位组合得到列号，b2,b3,b4,b5组合得到行号。具体实现看底下的代码。确定行号和列好后将6位替换为4位数据，数据段具体值即为行列相交处的值，例如3行4列即为5,5的二进制码位1001，将原来的6位替换为4位即1001

4、P盒替换

P盒替换将S盒替换之后的结果进行一次位置替换，替换表如图所示：

图九

5 最后讲一下重头戏——16轮秘钥生成

先上个图

图10

图中的置换选择1和置换选择2跟之前将的置换选择原理是一样的，在代码中你能看到置换表

这里也给出来吧

图11

C0，D0指的是将56位（注位都是指的bit）秘钥分为左右两部分，C0代表左半部分，D0是右半部分。循环左移指的是将bit位循环左移，移除的位补到末尾，l例如100010循环左移一位之后位000101

每轮秘钥生成的时候循环左移的次数都不一样，具体如下表

图12

四、以上都是文字加图表描述，下面直接上代码，代码我都加了详细的备注，大家结合上面的说明一定能读懂滴。有点长，大家细心看

#writter:liuyang@BUAASoftwareDepartment#date:2014/05/14#function:DEC加密、解密算法#contact me:734056968@qq.com#IP置换表IP_table=[58, 50, 42, 34, 26, 18, 10, 2, 60, 52, 44, 36, 28, 20, 12, 4, 62, 54, 46, 38, 30, 22, 14, 6, 64, 56, 48, 40, 32, 24, 16, 8, 57, 49, 41, 33, 25, 17, 9, 1, 59, 51, 43, 35, 27, 19, 11, 3, 61, 53, 45, 37, 29, 21, 13, 5, 63, 55, 47, 39, 31, 23, 15, 7]#逆IP置换表_IP_table=[40, 8, 48, 16, 56, 24, 64, 32, 39, 7, 47, 15, 55, 23, 63, 31, 38, 6, 46, 14, 54, 22, 62, 30, 37, 5, 45, 13, 53, 21, 61, 29, 36, 4, 44, 12, 52, 20, 60, 28, 35, 3, 43, 11, 51, 19, 59, 27, 34, 2, 42, 10, 50, 18, 58, 26, 33, 1, 41, 9, 49, 17, 57, 25]#S盒中的S1盒S1=[14, 4, 13, 1, 2, 15, 11, 8, 3, 10, 6, 12, 5, 9, 0, 7,0, 15, 7, 4, 14, 2, 13, 1, 10, 6, 12, 11, 9, 5, 3, 8,4, 1, 14, 8, 13, 6, 2, 11, 15, 12, 9, 7, 3, 10, 5, 0, 15, 12, 8, 2, 4, 9, 1, 7, 5, 11, 3, 14, 10, 0, 6, 13]#S盒中的S2盒S2=[15, 1, 8, 14, 6, 11, 3, 4, 9, 7, 2, 13, 12, 0, 5, 10,3, 13, 4, 7, 15, 2, 8, 14, 12, 0, 1, 10, 6, 9, 11, 5,0, 14, 7, 11, 10, 4, 13, 1, 5, 8, 12, 6, 9, 3, 2, 15, 13, 8, 10, 1, 3, 15, 4, 2, 11, 6, 7, 12, 0, 5, 14, 9]#S盒中的S3盒S3=[10, 0, 9, 14, 6, 3, 15, 5, 1, 13, 12, 7, 11, 4, 2, 8, 13, 7, 0, 9, 3, 4, 6, 10, 2, 8, 5, 14, 12, 11, 15, 1, 13, 6, 4, 9, 8, 15, 3, 0, 11, 1, 2, 12, 5, 10, 14, 7,1, 10, 13, 0, 6, 9, 8, 7, 4, 15, 14, 3, 11, 5, 2, 12]#S盒中的S4盒S4=[7, 13, 14, 3, 0, 6, 9, 10, 1, 2, 8, 5, 11, 12, 4, 15, 13, 8, 11, 5, 6, 15, 0, 3, 4, 7, 2, 12, 1, 10, 14, 9, 10, 6, 9, 0, 12, 11, 7, 13, 15, 1, 3, 14, 5, 2, 8, 4,3, 15, 0, 6, 10, 1, 13, 8, 9, 4, 5, 11, 12, 7, 2, 14]#S盒中的S5盒S5=[2, 12, 4, 1, 7, 10, 11, 6, 8, 5, 3, 15, 13, 0, 14, 9, 14, 11, 2, 12, 4, 7, 13, 1, 5, 0, 15, 10, 3, 9, 8, 6,4, 2, 1, 11, 10, 13, 7, 8, 15, 9, 12, 5, 6, 3, 0, 14, 11, 8, 12, 7, 1, 14, 2, 13, 6, 15, 0, 9, 10, 4, 5, 3]#S盒中的S6盒S6=[12, 1, 10, 15, 9, 2, 6, 8, 0, 13, 3, 4, 14, 7, 5, 11, 10, 15, 4, 2, 7, 12, 9, 5, 6, 1, 13, 14, 0, 11, 3, 8,9, 14, 15, 5, 2, 8, 12, 3, 7, 0, 4, 10, 1, 13, 11, 6,4, 3, 2, 12, 9, 5, 15, 10, 11, 14, 1, 7, 6, 0, 8, 13]#S盒中的S7盒S7=[4, 11, 2, 14, 15, 0, 8, 13, 3, 12, 9, 7, 5, 10, 6, 1, 13, 0, 11, 7, 4, 9, 1, 10, 14, 3, 5, 12, 2, 15, 8, 6,1, 4, 11, 13, 12, 3, 7, 14, 10, 15, 6, 8, 0, 5, 9, 2,6, 11, 13, 8, 1, 4, 10, 7, 9, 5, 0, 15, 14, 2, 3, 12]#S盒中的S8盒S8=[13, 2, 8, 4, 6, 15, 11, 1, 10, 9, 3, 14, 5, 0, 12, 7,1, 15, 13, 8, 10, 3, 7, 4, 12, 5, 6, 11, 0, 14, 9, 2,7, 11, 4, 1, 9, 12, 14, 2, 0, 6, 10, 13, 15, 3, 5, 8,2, 1, 14, 7, 4, 10, 8, 13, 15, 12, 9, 0, 3, 5, 6, 11]# S盒S=[S1,S2,S3,S4,S5,S6,S7,S8]#P盒P_table=[16, 7, 20, 21, 29, 12, 28, 17,1, 15, 23, 26,5, 18, 31, 10,2, 8, 24, 14, 32, 27, 3, 9, 19, 13, 30, 6, 22, 11, 4, 25]#压缩置换表1，不考虑每字节的第8位，将64位密钥减至56位。然后进行一次密钥置换。yasuo1_table=[ 57, 49, 41, 33, 25, 17, 9,1, 58, 50, 42, 34, 26, 18, 10, 2, 59, 51, 43, 35, 27, 19, 11, 3, 60, 52, 44, 36, 63, 55, 47, 39, 31, 23, 15,7, 62, 54, 46, 38, 30, 22, 14, 6, 61, 53, 45, 37, 29, 21, 13, 5, 28, 20, 12, 4]#压缩置换表2，用于将循环左移和右移后的56bit密钥压缩为48bityasuo2_table=[14, 17, 11, 24, 1, 5,3, 28, 15, 6, 21, 10, 23, 19, 12, 4, 26, 8, 16, 7, 27, 20, 13, 2, 41, 52, 31, 37, 47, 55, 30, 40, 51, 45, 33, 48, 44, 49, 39, 56, 34, 53, 46, 42, 50, 36, 29, 32]#用于对数据进行扩展置换，将32bit数据扩展为48bitextend_table=[32, 1, 2, 3, 4, 5,4, 5, 6, 7, 8, 9,8, 9, 10, 11, 12, 13, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 28, 29, 30, 31, 32,1]#将字符转换为对应的Unicode码，中文用2个字节表示def char2unicode_ascii(intext,length): outtext=[] for i in range(length): outtext.append(ord(intext[i])) return outtext#将Unicode码转为bit def unicode2bit(intext,length): outbit=[] for i in range(length*16): outbit.append((intext[int(i/16)]>>(i%16))&1)#一次左移一bit return outbit#将8位ASCII码转为bit def byte2bit(inchar,length): outbit=[] for i in range(length*8): outbit.append((inchar[int(i/8)]>>(i%8))&1)#一次左移一bit return outbit#将bit转为Unicode码def bit2unicode(inbit,length): out=[] temp=0 for i in range(length): temp=temp|(inbit[i]<<(i%16)) if i%16==15: out.append(temp) temp=0 return out#将bit转为ascii 码def bit2byte(inbit,length): out=[] temp=0 for i in range(length): temp=temp|(inbit[i]<<(i%8)) if i%8==7: out.append(temp) temp=0 return out#将unicode码转为字符（中文或英文）def unicode2char(inbyte,length): out="" for i in range(length): out=out+chr(inbyte[i]) return out#生成每一轮的keydef createKeys(inkeys): keyResult=[] asciikey=char2unicode_ascii(inkeys,len(inkeys)) keyinit=byte2bit(asciikey,len(asciikey))# print("keyinit=",end='')# print(keyinit) #初始化列表key0,key1 key0=[0 for i in range(56)] key1=[0 for i in range(48)] #进行密码压缩置换1，将64位密码压缩为56位 for i in range(56): key0[i]=keyinit[yasuo1_table[i]-1] #进行16轮的密码生成 for i in range(16): #---------确定左移的次数---------- if (i==0 or i==1 or i==8 or i==15): moveStep=1 else: moveStep=2 #------------------------------ #--------分两部分，每28bit位一部分，进行循环左移------------ for j in range(moveStep): for k in range(8): temp=key0[k*7] for m in range(7*k,7*k+6): key0[m]=key0[m+1] key0[k*7+6]=temp temp=key0[0] for k in range(27): key0[k]=key0[k+1] key0[27]=temp temp=key0[28] for k in range(28,55): key0[k]=key0[k+1] key0[55]=temp #----------------------------------------------------- #------------对56位密钥进行压缩置换，压缩为48位------------- for k in range(48): key1[k]=key0[yasuo2_table[k]-1] keyResult.extend(key1) #------------------------------------------------------ return keyResultdef DES(text,key,optionType): keyResult=createKeys(key) finalTextOfBit=[0 for i in range(64)] finalTextOfUnicode=[0 for i in range(4)]# print(keyResult) if optionType==0:#选择的操作类型为加密 tempText=[0 for i in range(64)]#用于临时盛放IP逆置换之前，将L部分和R部分合并成64位的结果 extendR=[0 for i in range(48)]#用于盛放R部分的扩展结果 unicodeText=char2unicode_ascii(text,len(text))# print(unicodeText) bitText=unicode2bit(unicodeText,len(unicodeText))# print(bitText) initTrans=[0 for i in range(64)]#初始化，用于存放IP置换后的结果 #------------------进行初始IP置换--------------- for i in range(64): initTrans[i]=bitText[IP_table[i]-1] #将64位明文分为左右两部分 L=[initTrans[i] for i in range(32)] R=[initTrans[i] for i in range(32,64)] #开始进行16轮运算 for i in range(16): tempR=R #用于临时盛放R #-----------进行扩展，将32位扩展为48位-------- for j in range(48): extendR[j]=R[extend_table[j]-1]# print(len(keyResult)) keyi=[keyResult[j] for j in range(i*48,i*48+48)] #----------与key值进行异或运算---------------- XORResult=[0 for j in range(48)] for j in range(48): if keyi[j]!=extendR[j]: XORResult[j]=1 SResult=[0 for k in range(32)] #---------开始进行S盒替换------------------- for k in range(8): row=XORResult[k*6]*2+XORResult[k*6+5] column=XORResult[k*6+1]*8+XORResult[k*6+2]*4+XORResult[k*6+3]*2+XORResult[k*6+4] temp=S[k][row*16+column] for m in range(4): SResult[k*4+m]=(temp>>m)&1 #----------------------------------------- PResult=[0 for k in range(32)] #--------------开始进行P盒置换---------------- for k in range(32): PResult[k]=SResult[P_table[k]-1] #------------------------------------------ #--------------与L部分的数据进行异或------------ XORWithL=[0 for k in range(32)] for k in range(32): if L[k]!=PResult[k]: XORWithL[k]=1 #---------------------------------------------- #-------------将临时保存的R部分值，即tempR复制给L------ L=tempR R=XORWithL #----交换左右两部分------ L,R=R,L #-----合并为一部分 tempText=L tempText.extend(R) #-----------IP逆置换-------- for k in range(64): finalTextOfBit[k]=tempText[_IP_table[k]-1] finalTextOfUnicode=bit2byte(finalTextOfBit,len(finalTextOfBit))# print(finalTextOfUnicode) finalTextOfChar=unicode2char(finalTextOfUnicode,len(finalTextOfUnicode))# print(finalTextOfChar) return finalTextOfChar else:#选择的操作类型为解密 tempText=[0 for i in range(64)]#用于临时盛放IP逆置换之前，将L部分和R部分合并成64位的结果 extendR=[0 for i in range(48)]#用于盛放R部分的扩展结果 unicodeText=char2unicode_ascii(text,len(text))# print(unicodeText) bitText=byte2bit(unicodeText,len(unicodeText))# print(bitText) initTrans=[0 for i in range(64)]#初始化，用于存放IP置换后的结果 #------------------进行初始IP置换--------------- for i in range(64): initTrans[i]=bitText[IP_table[i]-1] #将64位明文分为左右两部分 L=[initTrans[i] for i in range(32)] R=[initTrans[i] for i in range(32,64)] #-----------------开始16轮的循环----------------- for i in range(15,-1,-1): tempR=R #用于临时盛放R #-----------进行扩展，将32位扩展为48位-------- for j in range(48): extendR[j]=R[extend_table[j]-1] keyi=[keyResult[j] for j in range(i*48,i*48+48)] #----------与key值进行异或运算---------------- XORResult=[0 for j in range(48)] for j in range(48): if keyi[j]!=extendR[j]: XORResult[j]=1 SResult=[0 for k in range(32)] #---------开始进行S盒替换------------------- for k in range(8): row=XORResult[k*6]*2+XORResult[k*6+5] column=XORResult[k*6+1]*8+XORResult[k*6+2]*4+XORResult[k*6+3]*2+XORResult[k*6+4] temp=S[k][row*16+column] for m in range(4): SResult[k*4+m]=(temp>>m)&1 #----------------------------------------- PResult=[0 for k in range(32)] #--------------开始进行P盒置换---------------- for k in range(32): PResult[k]=SResult[P_table[k]-1] #------------------------------------------ #--------------与L部分的数据进行异或------------ XORWithL=[0 for k in range(32)] for k in range(32): if L[k]!=PResult[k]: XORWithL[k]=1 #---------------------------------------------- #-------------将临时保存的R部分值，即tempR复制给L------ L=tempR R=XORWithL #----交换左右两部分------ L,R=R,L #-----合并为一部分 tempText=L tempText.extend(R) #-----------IP逆置换-------- for k in range(64): finalTextOfBit[k]=tempText[_IP_table[k]-1] finalTextOfUnicode=bit2unicode(finalTextOfBit,len(finalTextOfBit))# print(finalTextOfUnicode) finalTextOfChar=unicode2char(finalTextOfUnicode,len(finalTextOfUnicode))# print(finalTextOfChar) return finalTextOfChar def main(): text=input("请输入要操作的文本: ") print(" ".join(["输入的文本时",text])) optionType=input("请选择是进行加密还是解密，加密输入0，解密输入1: ") while(not(optionType=='0' or optionType=='1')): print("Wrong!!!选择的操作类型只能是0或者是1") optionType=input("请选择是进行加密还是解密，加密输入0，解密输入1: ") length=len(text) Result="" if optionType=='0':# f=open('D:\encyptText.txt','w')#----------若输入文本的长度不是4的整数倍，即不是64字节的整数倍，用空格补全（此处为了加密中文，用的是unicode编码，即用16字节表示一个字符）------- text=text+(length%4)*" " length=len(text) key=input("请输入8位加密密码: ") while(len(key)!=8): print("wrong!!请输入8位密码") key=input("请输入8位加密密码: ") print("加密后的文本：",end=" ") for i in range(int(length/4)): tempText=[text[j] for j in range(i*4,i*4+4)] Result="".join([Result,DES(tempText,key,int(optionType))])# f.write(Result) print(Result) if optionType=='1':#----------若输入文本的长度不是8的整数倍，即不是64字节的整数倍，用空格补全（此处解密出来的密文用的是每8bit转换为一个ascii码，所以生成的八位表示的字符）-------# text=text+(length%8)*" " length=len(text) key=input("请输入8位解密密码: ") while(len(key)!=8): print("wrong!!请输入8位密码") key=input("请输入8位解密密码: ") print("解密后的文本：",end=" ") for i in range(int(length/8)): tempText=[text[j] for j in range(i*8,i*8+8)] Result="".join([Result,DES(tempText,key,int(optionType))]) print(Result)

六、运行截图

图13

七、后记

1、要用于具体项目的话，要把编码格式弄清楚，看你项目中的编码格式是什么，unicode,utf-8,gdb等否则会出错

2、文本输入的时候不能有换行，如果需要换行加一下转换符，调一调